[發明專利]一種基于雙穩態曲梁的隔振結構

有效

• 申請號: 202011607670.1
• 申請日: 2020-12-29
• 公開（公告）號: CN112747061B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發明（設計）人: 郭慧婷;張國強;劉益倫;董龍雷;劉靜冉
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: F16F7/00
• 分類號: F16F7/00;F16F15/08;G06F30/23;G06F30/17;G06F30/15;G06F119/14
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 高博

本發明公開了一種基于雙穩態曲梁的隔振結構，多個胞元結構依次連接，在平面或空間內規則排布構成隔振結構，每個胞元結構包括支撐桿，支撐桿的底端連接雙穩態曲梁的頂部，雙穩態曲梁的兩端分別與連接桿的兩端連接，雙穩態曲梁的頂部與連接桿之間連接有彈簧。本發明結構簡單，易于制作，且易于調節整體隔振系統中的正負剛度，進而調節準零剛度區間對應的力的大小，以適應不同負載，同時最小單元模塊化設計，可適應于不同的結構環境，滿足了工程需要。

技術領域

本發明屬于隔振技術領域，具體涉及一種基于雙穩態曲梁的隔振結構。

背景技術

由于當前線性隔振技術較為成熟，針對中高頻振動的隔離已經能夠很好地實現，而針對低頻和超低頻振動的隔離仍然面臨挑戰，并且低頻和超低頻振動對儀器和設備的危害較顯著。要使系統的隔振頻帶向低頻和超低頻擴展，往往需要降低系統的剛度。傳統被動隔振受自身特性限制實施起來非常困難，且難以兼顧承載能力和穩定性。準零剛度隔振器可使隔振系統在保證承載力的情況下具有較低的剛度，具有很好的低頻隔振性能，因此，準零剛度系統的研究成為一大熱點。準零剛度隔振器是將正負剛度彈性元件并聯在靜平衡位置，從而獲得準零剛度。在涌現出的大量對準零剛度系統的研究中，通常選用彈簧作為彈性元件來實現這一特性。但獲得準零剛度的方法大多基于歐拉梁與磁鐵、彈簧與磁鐵并聯結構，這在很大程度上增加了隔振器的重量，同時使得結構更加復雜，而且基于磁鐵的準零剛度一般很難從理論上得到準零剛度區間段，更不要說獲得某一特定準零剛度區間段，也不能很好的驗證提出的新結構是否能夠應用于工程結構中，應用性較差。

因此，如何設計出簡單，重量輕且易于操作，易于獲得特定準零剛度區間段的實用性強的準零剛度隔振器成為亟需解決的問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種基于雙穩態曲梁的隔振結構，結構簡單，重量輕且易于操作。

本發明采用以下技術方案：

一種基于雙穩態曲梁的隔振結構，包括胞元結構，多個胞元結構依次連接，在平面或空間內規則排布構成隔振結構，每個胞元結構包括支撐桿，支撐桿的底端連接雙穩態曲梁的頂部，雙穩態曲梁的兩端分別與連接桿的兩端連接，雙穩態曲梁的頂部與連接桿之間連接有彈簧。

具體的，支撐桿為T型結構，水平段的兩端分別連接對應的胞元結構。

具體的，連接桿為U型結構，兩端分別與雙穩態曲梁的兩端連接。

具體的，支撐桿為硬材料，與負載直接接觸，連接桿為硬材料，硬材料包括聚乳酸、陶瓷和聚己二酰己二胺，雙穩態曲梁為軟材料，軟材料為橡膠材料，彈簧為正剛度。

進一步的，彈簧的剛度K計算如下：

其中，G為彈簧材料切變模量；d為彈簧線徑；d₂為彈簧中徑，n為彈簧有效圈數。

具體的，雙穩態曲梁的曲線方程為：

其中，h為高度，t為厚度，L為長度。

進一步的，設常數當Q6時，余弦曲梁的力位移曲線描述為三段線性曲線，當d_top≤D≤d_bot時，D表示橫坐標-位移，d_top≈0.16h，d_bot≈1.92h，雙穩態曲梁為負剛度，剛度大小E為彈性模量，I為極慣性矩，當連接正剛度的彈簧時，雙穩態曲梁的負剛度K₁與剛度為K₂的彈簧在數值上相等，整個結構在此位移區間段內的力學特性表現為準零剛度。

更進一步的，三段線性曲線具體為：